تركيب الذرة تاريخها ونشأتها
تركيب الذرة تاريخها ونشأتها، تعتبر الذرة هي الوحدة الأساسية في علم الكيمياء وهي أصغر الوحدات البنائية التي تدخل في تكوين أي مادة.
محتويات المقال
مفهوم الذرة
- تعتبر الذرة من أصغر الأشياء التي يمكن الحصول عليها من المادة وخاصة عند القيام بتجزئتها كما أنها لا ترى بالعين المجردة.
- وهي متعادلة الشحنات الكهربائية ولكن عند تجزئتها فإن جزيئاتها سوف تكتسب شحنات كهربائية سواء كانت سالبة أو موجبة.
- وتعد الذرة هي أساس علم الكيمياء وهي أصغر جزء في مكونات المادة تتميز بخصائصها الكيميائية المتغيرة.
- وتدخل الذرات في تكوين أي مادة توجد على سطح الكون حيث يتميز كل عنصر يوجد في الجدول الدوري الكيمائية له بتركيبه الذري الذي يختلف عن باقي العناصر الأخرى.
- بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية الفيزيائية التي تميزه عن غيره من العناصر وهذه الخصائص تعتمد بشكل كبير على كتلة العنصر الذرية.
- وترجع أصل كلمة ذرة إلى الكلمة اللاتينية أتوموس أي غير قابل للانقسام لأن العلماء في ذلك الوقت كانوا يعتقدون بأنه لا يوجد شيء أصغر من المادة في هذا الكون لذلك فهي غير قابلة للانقسام.
- كما أن أغلبية جسم الذرة عبارة عن فراغ تتواجد فيه العديد من السحب الإلكترونية صغيرة الحجم تدور حول النواة في مساحة صغيرة جدا وذلك بالمقارنة بالحجم الكامل الذرة.
مكونات المادة
على عكس المعتقدات السابقة فإن المادة تتكون من العديد من الأجزاء الصغيرة والتي لا ترى بالعين المجردة ومن أهم مكونات المادة:
1- البروتونات
- هي عبارة عن مجموعة من الأجسام صغيرة الحجم موجبة الشحنة الكهربائية تساوي نفس مقدار الشحنة الكهربائية للإلكتروني الذري.
- بينما تبلغ كتلة البروتونات حوالي 1.673×10-27 كيلوجرام أي ضعف كتلة الإلكتروني الذري بالإضافة إلى ذلك فإن عدد البروتونات تمثل العدد الذري لكل عنصر من عناصر الجدول الدوري.
- تعمل البروتونات على تحديد ترتيب وموقع العناصر في الجدول الدوري وفي نهاية القرن العشرين شاع بين العلماء بعض المعتقدات حول أن البروتونات عبارة عن جسيمات أولية لا يوجد بداخلها شيء وغير قابلة للانقسام.
- مما دفع بعض علماء الفيزياء إلى البحث لمعرفة تركيب البروتونات حيث قامت بتصنيف البروتونات ضمن الباريونات التي هي عبارة عن جسيمات صغيرة جدا تتكون من ثلاث جسيمات أساسية تعرف باسم الكواركات.
- حيث تقع هذه الكواركات المكونة للبروتونات اثنان منها في الأعلى وواحد في الأسفل وتم اكتشاف البروتونات من قبل العالم الفيزيائي رذرفورد.
2- النيوترونات
- هي عبارة عن أجسام دون الذرية صغيرة الحجم تتوافر في جميع أنوية العناصر الفيزيائية ماعدا عنصر الهيدروجين العادي حيث يوجد بروتين واحد فقط داخل نواته.
- تعتبر النيوترونات عديمة الشحنات الكهربائية وتبلغ كتبتها حوالي 1.67493×10-27 كج لذلك فهي أكبر من كتلة البروتونات بقليل وهي تعادل ضعف الكتلة الذرية للإلكترون بحوالي 1839 مرة.
- يطلق على كلا من النيوترونات والبروتونات اسم النيوكليونات لأنهما متواجدان في حيز صغير جدا والذي يعرف باسم النواة ويشغل هذا الحيز حوالي ٩٩،٩% من كتلة الذرة.
- وظل الاعتقاد السائد حول أن النيوترونات أجسام أولية حتى قام علماء الفيزياء بإنهاء هذا الاعتقاد الخاطئ في نهاية القرن الماضي.
- وتعتبر النيوترونات ضمن مجموعة الباريونات التي تتكون من ثلاث كواركات تختلف في ترتيبها عن البروتونات حيث يقع اثنان في الأسفل وواحد في الأعلى.
3- الإلكترونات
- هي عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة الكهربائية وتعتبر الإلكترونات من الجسيمات الأولية والأساسية لأنها خالية من أي مكونات بالإضافة إلى أنها غير قابلة للتجزئة.
- تم اكتشاف الإلكترونات من قبل عالم الفيزياء طومسون وذلك من خلال دراسته لأشعة المهبط وقد ساعد اكتشاف الإلكترونات في معرفة التركيب الذري للنواة.
- تدور الإلكترونات في مدارات مختلفة حول الأنوية تعرف باسم مستويات الطاقة وتتميز الإلكترونات بأنها من أخف الجسيمات الموجودة في الذرة.
- فعندما يتم إزالة الإلكترون من المدار الخاص به حول النواة فإن الذرة في هذه الحالة تصبح متأنية ويطلق عليها اسم أيون.
- بالإضافة إلى ذلك فإن الإلكترونات توجد في حالة المادة التي تعرف باسم البلازما بشكل حر مع الأيونات دون الالتزام بمدارها في مستويات الطاقة.
- تصنف الإلكترونات تبعا لمجموعة الفيرميونات التي يتم وصف سلوكها من خلال إحصاء فيرمي ديراك.
4- النموذج الذري
- تتكون معظم المواد من جزيئات يسهل فصلها عن بعضها البعض وهذه الجزيئات تتكون من مجموعة من الذرات ترتبط ببعضها من خلال روابط كيميائية يصعب فصلها عن بعضها البعض.
- بينما تتكون كل ذرة من مجموعة من الإلكترونات ونواة يرتبط كلا منهم بالآخر بقوة كهربائية كبيرة وحتى يتم فصلهما عن بعضهما لابد أن تكتسب الإلكترونات طاقة كهربائية كبيرة حتى تستطيع الخروج من المدار الخاص بها في مستويات الطاقة.
تاريخ نشأة الذرة
- قام الفيلسوف ديموقريطوس في عام ٤٤٠ قبل الميلاد بوضع افتراض هو أن جميع المواد التي توجد في الكون تتكون من مجموعة من الجسيمات صغيرة الحجم لا ترى بالعين المجردة ولا يمكن تقسيم هذه الجسيمات.
- أطلق ديموقريطوس على هذه الجسيمات اسم الذرة بالإضافة إلى أن الكون بأكمله يحتوي على عدد كبير من الذرات والتي هي في حالة متحركة باستمرار.
- تتحدد جميع الذرات مع بعضها البعض فتكون المادة ولكنها غير قابلة للاندماج مع بعضها البعض.
- وفي ذلك الوقت قام العالم ديموقريطوس بتقديم نظريته للعالم ولكنها قوبلت بالرفض وخاصة من قبل الفيلسوف أرسطو الذي كان يعتقد بأن كل شيء في هذا الكون يتكون من الماء والهواء والنار.
- وفي عام ١٨٠٣ قام عالم الكيميائي البريطاني جون دالتون بتقديم نظريته الذرية التي قام بدراستها وصياغة فروضها بعد دراسة أفكار ديموقريطوس.
- تتضمن نظرية دالتون الفيزيائية على أن جميع ذرات العنصر الواحد تكون متشابهة بينما تختلف العناصر الفيزيائية عن بعضها البعض في الوزن والخصائص الفيزيائية وتتكون المادة من اتحاد مجموعة من الذرات مع بعضها البعض.
- أما في عام ١٨٩٧ قام عالم الفيزياء طومسون الذي اكتشف الإلكترون بإثبات أن الذرة قابلة للانقسام وفي نفس العام قام بتقديم مثال فطيرة الزبيب.
- حيث يمثل هذا النموذج أن الذرة على أنها كرة تحمل شحنات موجبة يتواجد فيها بعض الدقائق سالبة الشحنات مثل ما تنتشر حبات الزبيب على وجه الفطيرة وبناء على ذلك تصبح الذرة متعادلة الشحنات.
- وفي عام ١٩١١ قام العالم رذرفورد بوضع نظريته الذرية ونشرها والتي تنص على أن الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة متناهية الصغر تدور حولها الإلكترونات السالبة في مساحة صغيرة جدا بينما تصبح مساحة الذرة خالية تماما.
- ثم بعد ذلك قام عالم الفيزياء نيلز بور باكتشاف خصائص الإلكترونات وجاء من بعده العام شرودنغر بتطوير نموذج الكمومي للذرة.
- بينما وضح العالم فيرنر بأنه لا يمكن تحديد سرعة ومكان الإلكترون في نفس ذات الوقت.
حجم الذرة
- يعتبر تحديد حجم ثابت للذرة من الأمور التي يصعب تحقيقها وذلك لأن المسارات الإلكترونية متحركة وليست ثابتة في مكان محدد بل تختلف هذه المسارات تبعا لاختلاف عدد الإلكترونات التي تلف حولها.
- بالإضافة إلى أنه تم تحويل عدد كبير من الذرات متناهية الصغر إلى بلورات صلبة صغيرة الحجم من خلال بعض وسائل التقنية المعقدة وذلك بهدف التقريب بين نواتين.
- يختلف حجم الذرة تبعا لاختلاف العناصر التي توجد في الجدول الدوري لأن هذا الأمر يرجع إلى قوة جذب الشحنات الموجبة التي توجد داخل الإلكترونات فكلما زاد عدد الشحنات الموجبة كلما أدى ذلك إلى زيادة القوة الجاذبية للإلكترونات.
الخصائص الرئيسية للذرة
هناك العديد من الخصائص الرئيسية للذرة ومن خلال هذه الخصائص يمكن تحديد صفات وسلوك الذرة ومن هذه الخصائص:
1- العدد الذري
- يعتبر العدد الذري من أهم الخصائص التي تتميز بها الذرة وهذا العدد عبارة عن عدد الشحنات الكهربائية الموجبة التي توجد في النواة أي عدد البروتونات.
- بالإضافة إلى ذلك فإن العدد الذري يمثل عدد الإلكترونات في الذرة متعادلة الشحنات الكهربائية وعلى سبيل المثال فإن العدد الذري لعنصر الكربون هو ٦ بينما عنصر اليورانيوم يصل عدده الذري إلى ٩٢.
- ترتبط عدد الإلكترونات بشكل كبير بالتفاعلات الكيميائية لذلك فإن العدد الذري للعناصر يعتبر مهم جدا في هذه التفاعلات الكيميائية.
2- الكتلة الذرية
- هي عبارة عن مجموعة عدد الشحنات الموجبة وهي البروتونات وعدد النيوترونات التي توجد في النواة حيث تقاس بوحدة كتلة ذرية والتي تساوي نصف كتلة ذرة الكربون.
- تعتبر كتلة الذرة أكبر من الكتلة الذرية لأن كتلة الذرة تتكون من كتلة النواة وكتلة الإلكترونات والتي تعتبر قليلة مقارنة بكتلة كلا من النيوترونات والبروتونات.
أهم خصائص الذرة
- من أهم خصائص الذرة أنها تصل إلى وضع الاستقرار والثبات عندما تفقد أو تكتسب إلكترونات وعند مشاركتها لهذه الإلكترونات.
- لا تفقد الذرات ولا تكتسب أي إلكترونات أثناء عملية التفاعل خاصة إذا كانت تحتوي على أربع إلكترونات في مدارها الأخير.
- عندما تتفاعل الذرات التي يحتوي مدارها الأخير على إلكترون أو اثنين أو ثلاثة مع الذرات التي تحتوي من خمس إلى سبع إلكترونات في مدارها الأخير فإن هذه الذرة سوف تفقد هذه الإلكترونات لإتمام عملية التفاعل.
- أما الذرات التي يوجد في مدارها الأخير من خمس إلى سبع إلكترونات فإنها تكتسب إلكترونات عندما تتفاعل مع الذرات الأخرى التي يحتوي مدارها على إلكترون أو اثنين أو ثلاثة.
في نهاية المقال عن تركيب الذرة تاريخها ونشأتها، نكون قدمنا كافة عن الذرة وتركيبها وتاريخ نشأتها وأهم خصائصها التي تتميز بها.